Micro-CT động và tầm quan trọng của độ phân giải tạm thời

Micro-CT, sử dụng tia X để thu thập dữ liệu 3D, đã được chứng minh là cực kỳ hữu ích cho việc kiểm tra không phá hủy. Khi kỹ thuật này và các khả năng của nó đã hoàn thiện, nó hiện đang được sử dụng để hiểu rõ hơn về sự thay đổi xảy ra trong cấu trúc 3D khi trải qua quá trình thử nghiệm cơ học.

Micro-CT tại chỗ cho phép kiểm tra 3D các quá trình bên trong một mẫu trong các điều kiện bên ngoài thay đổi (chẳng hạn như tải hoặc nhiệt độ), nhưng nó chủ yếu được chuyển sang các quá trình bị gián đoạn khi kích thích bị tạm dừng, còn được gọi là hình ảnh tua nhanh thời gian . Để tạo ra hình ảnh rõ nét hơn, TESCAN đã phát triển CT động – tập hợp con tiên tiến nhất của hình ảnh X-quang 3D được phân giải theo thời gian sử dụng độ phân giải thời gian cao, trong đó mẫu được chụp liên tục khi mẫu thay đổi và không bị gián đoạn trong suốt quá trình.

Có thể coi sự khác biệt giữa CT động và tua nhanh thời gian là sự khác biệt giữa hoạt ảnh chuyển động dừng và video mượt mà. Chuyển động dừng có thông tin bị thiếu rõ ràng giữa các điểm thời gian riêng lẻ và không đủ độ phân giải thời gian để ghi lại mọi chi tiết, trong khi video mượt mà có đủ độ phân giải thời gian để lấp đầy các khoảng trống và cung cấp một câu chuyện hoàn chỉnh. Tương tự, lợi thế của CT động của TESCAN để thực hiện thu nhận liên tục trên micro-CT nằm ở khả năng thực hiện các thí nghiệm thực tại chỗ không bị gián đoạn. Độ phân giải thời gian cao được sử dụng cho CT động cho phép người dùng thu thập dữ liệu trong suốt quá trình, do đó tránh được các tác động không mong muốn, chẳng hạn như thư giãn, điều này có thể xảy ra nếu cần tạm dừng mỗi lần chụp cắt lớp.

Dynamic micro-CT là một kỹ thuật cực kỳ hữu ích và mạnh mẽ, đặc biệt khi nó bổ sung cho danh mục sản phẩm mô tả đặc tính vật liệu hiện có của các nhà sản xuất thiết bị khoa học như TESCAN. Đối với người dùng học thuật và công nghiệp, khả năng bổ sung nhu cầu micro-CT của họ đối với hình ảnh 3D không phá hủy và vị trí ROI, với các khả năng mới và thú vị của micro-CT động, sẽ tiếp tục nghiên cứu mối tương quan giữa các đặc tính vật liệu mới với hành vi mong muốn của vật liệu .

Ví dụ, CT động sẽ hỗ trợ phát triển các vật liệu mới, bao gồm kim loại nhẹ, độ bền cao, thép và hợp kim; vật liệu lưu trữ năng lượng mới; cảm biến vi mô và nano; vật liệu được tối ưu hóa cho các môi trường đầy thách thức, chẳng hạn như pin và cảm biến trong ô tô chuyển động nhanh ở nhiệt độ cao và tải trọng rung động cao; vật liệu composite trong máy bay trọng lượng nhẹ; và các hạt hữu cơ để mang thuốc trong cơ thể con người.

Nghiên cứu tình huống CT động: Thử nghiệm nén liên tục trong sản xuất bồi đắp

Cũng như nhiều bộ phận được sản xuất, các sản phẩm sản xuất bồi đắp (AM) có thể dễ bị lỗi cả bên ngoài và bên trong. Những khuyết tật này, chẳng hạn như lỗ rỗng, vết nứt, tách lớp và chất gây ô nhiễm, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất cơ học của sản phẩm. Tuy nhiên, hình dạng phức tạp có thể có với AM tạo ra những thách thức đặc biệt cho việc kiểm tra. Micro-CT cung cấp thông tin 3D không phá hủy về một bộ phận và đã trở nên cần thiết để phát hiện và phân tích các khiếm khuyết bên trong các bộ phận phức tạp này. Tuy nhiên, ngoài việc phân tích chất lượng cơ bản, điều cần thiết là phải hiểu những điểm không hoàn hảo này ảnh hưởng như thế nào đến hoạt động của bộ phận khi chúng được sử dụng thực tế.

CT động có thể cung cấp thông tin chi tiết về hiệu suất thực tế của một bộ phận. Như đã đề cập trước đây, hầu hết micro-CT tại chỗ dựa trên phòng thí nghiệm liên quan đến việc tải một bộ phận ở trạng thái nén hoặc căng được thực hiện ở dạng gián đoạn, trong đó lực tác dụng phải được giữ cố định trong quá trình thu thập chụp cắt lớp. Điều này có thể tạo ra các vấn đề liên quan đến việc nới lỏng mẫu và thiếu thông tin trong quy trình tải thực tế. CT động, với khả năng thu nhận liên tục và tải không bị gián đoạn, giúp giảm bớt những vấn đề này.

Ví dụ, một số mẫu thử nghiệm khác nhau đã được tạo ra bằng nhựa bằng cách sử dụng in 3D. Tổng cộng có sáu mẫu hình trụ, với các giá đỡ bên trong khác nhau, đã được tạo thành. Sau đó, mỗi mẫu được nén liên tục bằng cách sử dụng giai đoạn tải Deben, trong khi dữ liệu chụp cắt lớp được thu thập trên hệ thống TESCAN CoreTOM với tốc độ quay một mẫu cứ sau 5,8 giây với độ phân giải điểm ảnh ba chiều là 59 µm. Điều này dẫn đến 210 lần quét mẫu đầy đủ cho mỗi mẫu. Hình minh họa cung cấp thông tin tổng quan về ba trong số các mẫu này bao gồm cấu trúc bên trong của chúng, ảnh chụp nhanh kết xuất 3D của mẫu trong suốt quá trình và các đường cong tải liên quan của chúng. Thông qua đánh giá thực nghiệm về biến dạng của các dạng hình học khác nhau, người ta có thể phát triển các mô phỏng chính xác hơn để hiểu rõ nhất về tối ưu hóa cho các nhu cầu cụ thể của một ứng dụng.

Ví dụ về 3 bộ phận AM bằng nhựa khác nhau đã trải qua thử nghiệm nén trong khi được chụp ảnh liên tục bằng CT động. Chỉ có 4 hình ảnh trong số 210 hình ảnh được thu thập được hiển thị.

Micro-CT hiện đang đẩy mạnh một lĩnh vực mới về độ phân giải thời gian, cho phép thực hiện các thí nghiệm CT động thực sự. Ví dụ này minh họa tiềm năng của CT động như một phương tiện có giá trị để hiểu rõ hơn những thay đổi bên trong (và vô hình) đang góp phần vào hiệu suất tổng thể của bộ phận in 3D trải qua tải cơ học.

Tác giả: Marijn Boone, Giám đốc sản phẩm, TESCAN